第4章计算机断层成像技术(1)汇总.
lecture1_断层成像介绍
要点 • • • • • • • • • 总体目标 线性成像系统 例，针孔照相机 辐射以及射线与物质间相互作用 连续成像和不连续成像 长度规 对比度 光子强度断层成像 核磁共振成像
成像定义
原函数－实际物体的真实空间描述。 分辨率－采集到的图像只是实际物体的 近似。分辨率描述这种空间映射的精确 度。 形变－描述图像的一些重要的非线性特 征如果没有形变，图像每一处的分辨率 是一样的。 模糊度－描述我们把希望成像的物体成 像的好坏程度。 对比度－描述图像中能够区分物体不同 部分的清晰程度。 信噪比
线性成像系统
如果成像过程中引入的原函数的模糊是空间一致的，图像可以被描述为原函 数的线性映射。 这种映射分辨率比较低，模糊很容易被描述为原函数和点扩展函数的卷积。
图像＝原函数 点扩展函数＋噪声
噪声是一个很重要的考虑由于它限制了以去除成像测量过程过带来的模糊为 目的的反卷积处理的有效性。
例，针孔照相机
P 0o , y O x , y dx
中心切片定理可以看作是可分离的二维傅里叶变换的结果。 ~ k , k O x , y e ik x e ik y dxdy o
x y
x
y
投影的一维傅里叶变换是
ik y ~ p k y P 0 o , y e y dy
原函数 源
针孔
图像
物体变得很大的时候，射线会沿很陡的路径穿过。
针孔照相机的形变2
同样，物体偏离中心线，探测器上的投影面 积会增大，（并且对孔张角减小）图像强度 降低。
原函数 源
针孔
图像
空间频率
调 制 传 递 函 数
空间频率
线条数/英寸
单光子发射计算机断层成像及计算机断层扫描(SPECT)临床应用进展
单光子发射计算机断层成像及计算机断层扫描（SPECT/CT）临床应用进展单光子发射计算机断层成像（SPECT）和计算机断层扫描（CT）是现代医学影像学中的重要技术，被广泛应用于医学检测和临床诊断。
本文将探讨单光子发射计算机断层成像技术和计算机断层扫描技术的原理及其在临床应用中的进展。
一、单光子发射计算机断层成像技术单光子发射计算机断层成像是一种基于核素放射性衰变的分子显像技术，由于不同组织和器官摄入的放射性示踪剂数量不同，通过对放射性示踪剂在体内的分布和排泄进行测量得到图像，能够清晰显示人体组织、器官的形态和代谢情况，为临床诊断提供了有力支持。
单光子发射计算机断层成像技术的原理是，在放射性示踪剂注入人体后，示踪剂会以放射性质顺着代谢途径分布到不同的器官和组织中，放射性示踪剂显像时通过检测射线，利用计算机重构出失去能量的伽马光子在人体内部的路径和来源，从而得到图像。
这种技术可以测量各器官和组织的代谢情况，从而发现和诊断一些疾病和损伤。
在临床应用中，单光子发射计算机断层成像技术常用于神经心理疾病、肺部疾病、甲状腺疾病、肝胆疾病、骨疾病等的检测和诊断，例如：肺气肿、脑血流量缺乏、血管瘤、甲状腺功能亢进、乳腺癌、骨肿瘤等。
二、计算机断层扫描技术计算机断层扫描技术是利用X射线通过对人体进行投影成像和计算机分析得到的断层图像，可以显示出前后方向和不同深度的结构层次。
计算机断层扫描技术的在临床检测和诊断中能够更加详细地了解人体内部结构，因而被广泛应用于医学影像学诊断中。
计算机断层扫描技术使用X射线作为成像能量，通过计算机将患者身体不同部位进行扫描，得到大量的,不同方向的计算机线数据，再通过计算机重组、重配成为多平面的图像，最后可以在计算机屏幕中清晰显示出来。
这种技术可以得到不同深度、层数的图像。
计算机断层扫描技术应用非常广泛，可用于整个人体的各种疾病的诊断，如头颅和颅脑损伤、肿瘤、心脏疾病、骨盆骨折等，甚至可以进行测量和计量，为手术和放疗提供更加精细的指导和方向。
《医学影像诊断技术课件——计算机断层扫描》
无痛、非侵入性，适合检测早期炎症等疾病。
局限性
易受到金属异物、骨质钙化等因素干扰。
计算机断层扫描的常见应用案例
颅脑
早期发现脑血栓、脑梗塞、脑肿瘤等病变，为神经 外科手术提供重要影像学依据。
心脏
可以在不止一个方向的建立三维图像，观察心脏是 否存在异常和心脏的重构、功能。是实现无创性评 估心脏解剖和功能依据。
计算机断层扫描的应用领域
1
临床诊断
主要用于对肿瘤、病灶、骨折、脑卒中
医学教育
2
和肺血栓等疾病的早期检测。
提供全新的视角分层展示病变部位和病
变情况，促进医学生和医生的学习和深
度讨论。
3
治疗计划
为手术、放疗和化疗治疗方案的制定和 跟踪提供重要依据。
计算机断层扫变部位。
胸部
可以确诊肺癌、肺结核、肺部占位性病变等各类肺
腹部
对患者肝、脾、肾、胃、肠等内脏产生这种像素清
计算机断层扫描技术的发展趋 势
计算机断层扫描的发展已经从单纯依靠人眼判断到智能化医疗时代，目前是 影像学技术不断发展的阶段，利用深度学习等算法，建立全新的影像诊断模 型。未来，它将更加精准、便携化、低辐射，覆盖范围也将扩大到更广泛的 应用场景。
《医学影像诊断技术课 件——计算机断层扫描》
欢迎来到本次课件，我们将一起学习关于计算机断层扫描的有趣知识。
计算机断层扫描的定义和原理
计算机断层扫描是一种医学影像技术，利用不同密度的组织对射线的吸收程度不同的原理，通过旋转式X射线 源和探测器扫描患者身体内部的组织结构，得到大量的截面图像，再由计算机重建成层层逼真的三维图像。
计算机断层扫描的未来前景
计算机断层扫描在医学领域起到了不可替代的作用，未来将会有更多的研究程序与算法的开发以应用于更多的 应用场景，引领医学技术不断向前推进，让那些原本因为无法诊断而被抛弃的疾病，和那些未来可能会发生的 疾病，都能被更早发现并治疗。
计算机断层扫描反射断层成像
处理结果比较: (b)中噪声被平滑掉,但图像严重 模糊 (c)也使图像模糊 (d)改进很多,消除噪声,图像更尖 锐,清晰.
第四章 图像重建与复原
2. 自适应中值滤波器
第四章 图像重建与复原
定义下列符号：
第四章 图像重建与复原
算法：
第四章 图像重建与复原
第四章 图像重建与复原
√高斯噪声 √瑞利噪声 √伽马（爱尔兰）噪声 √指数分布噪声 √均匀分布噪声 √脉冲噪声（椒盐噪声）
第四章 图像重建与复原
一些重要噪声的概率密度函数(PDF)
高斯
瑞利
伽马
指数
均匀
脉冲
第四章 图像重建与复原
1. 高斯噪声
第四章 图像重建与复原
2. 瑞利噪声
第四章 图像重建与复原
3. 伽马（爱尔兰）噪声
第四章 图像重建与复原
均值滤波器
1. 算术均值滤波器
第四章 图像重建与复原
2. 几何均值滤波器
第四章 图像重建与复原
3. 谐波均值滤波器
第四章 图像重建与复原
• 总结
√算术均值滤波器和几何均值滤波器适合 于处理高斯或均匀等随机噪声
√谐波均值滤波器适合于处理亮脉冲噪声
第四章 图像重建与复原
顺序统计滤波器
第四章 图像重建与复原
4. 指数分布噪声
第四章 图像重建与复原
5. 均匀分布噪声
第四章 图像重建与复原
6. 脉冲噪声（椒盐噪声）
第四章 图像重建与复原
第四章 图像重建与复原
样本噪声图像和它们的直方图
• 用于噪声模型的测试图 • 仅仅有3个灰度级的变化
由简单、恒定的区域组成
第四章 图像重建与复.25的椒盐噪声污染了的图像 (b) 7×7中值滤波器的滤波效果 (消除噪声的同时导致图像细节明显损失) (c) Smax=7的自适应中值滤波器的效果 (消除噪声的同时保持图像的细节)
第4章计算机断层成像技术(1)
04:21:29
19
工业CT装置和医用CT装置的区别
X射线能量 X射线强度 放射性同位素 高能直线加速器
扫描和结构方式
医用CT装置 150KV以下
150mA左右 不采用 不采用 病人静止 X光机和探测器 运动
工业CT装置
常用电压420KV 2mA左右 60Co源 10MeV以上 检测对象运动 X光机和探测器保 持静止
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6
目前医用商用CT的生产厂家
▪ 国外： GE、TOSHIBA、Siemens 、 PHILIPS 垄断国际85%市场
爱迪生
国内：沈阳东软
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Hounsfield and his prototype
需要9天时间才能完成数据采集。
Central Research Laboratories, EMI (Electric and Mu04s:2ic1:a29l Industries )London
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4.2几种典型CT
▪ 1 医用X-CT
▪ A、全身型
▪ 组成：X射线管、固体探测器阵列、转动扫 描机构、可调床位和纵向扫描机构、数据 采集系统，图像处理、存储和输出系统以 及整机电控系统。（为了减少扫描引起的 图像模糊和避免患者吸收不必要的剂量，X 射线管选用脉冲工作方式。）
▪ B、动态X-CT
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2Mev加速器工业CT系统
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清华同方威视技术股份有限公司
大型集装箱检查系统
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威视大型集装箱检查系统发展历程
8 0 年代末：
我国某边境口岸。海关人员正焦急地将货物往花了整整一上午才抽 检完的一只集装箱里塞。身后，数以千计的卡车排开长龙，司机焦 躁地按着喇叭；
CT实验教学计算机断层成像实验报告
CT实验教学计算机断层成像实验实验报告摘要本实验了解了CT的诞生与发展，成像的基本原理，数字化图像处理的方法，以及CT实验仪的结构和使用方法。
实验采用CT教学实验仪，学会使用仪器在合适的测量条件对选定的样品进行扫描，并且正确的处理图像并打印出实验报表，掌握图像重建处理技术并对其加以分析总结。
通过实验对CT教学试验仪乃至CT 扫描技术有了进一步的认识，并且通过老师的指导对其本质以及CT的应用有了更深层的认识。
关键词CT实验仪，扫描，放射源，采样，图像重建正文计算机断层成像(Computed Tomography, 简称 CT)是计算机技术、数字化图像重建技术和核技术相结合的产物。
CT作为一种先进的疾病诊断手段广泛应用于医学，同时又作为一种无损检测手段广泛应用于工业领域。
一、CT教学实验仪1. CT的诞生与发展1895年11月，德国物理学家伦琴发现X射线后(并由此获得诺贝尔奖)。
很快X射线透视就成为医学上诊断疾病的一种重要手段，人们通过X射线透视摄影得到了人体形态学的信息。
但由于普通X射线透视摄影是将一个立体的器官(或物体)投射到一个平面上，得到的仅是影像重叠的平面图像。
由于人体内部各组织互相重叠，这种二维图像不易确定病变的准确位置。
CT的诞生，则解决了这个问题。
1963年，美国物理学家科马克发现人体不同的组织对X线的透过率有所不同，在研究中还得出了一些有关的计算公式，这些公式为后来CT的应用奠定了理论基础。
1967年，英国电子工程师亨斯费尔德在并不知道科马克研究成果的情况下，也开始了研制一种新技术的工作。
他首先研究了模式的识别，然后制作了一台能加强X射线放射源的简单的扫描装置，即后来的CT，用于对人的头部进行实验性扫描测量。
1971年9月，亨斯费尔德又与一位神经放射学家合作，在伦敦郊外一家医院安装了他设计制造的这种装置，开始了头部检查。
1972年4月，亨斯费尔德在英国放射学年会上首次公布了这一结果，正式宣告了CT 的诞生。
优选计算机断层成像技术
Musical Industries )London
prototypΒιβλιοθήκη of CT scannerHounsfield’s Apparatus
改进后需要9个小时才能完成数据采集。 Hounsfield’s Prototype with cow brain slice First CT image (1971)
右下图为一幅只含四个像素的图像，每 个像素的衰减系数的值是未知的。根据公 式，入射X射线强度为Io，透射后的强度为I， 则在水平方向上可以得到以下方程：
▪
▪ 一次扫描过程结束后，整个X射线源及 检测器系统将沿圆弧旋转一个角度（如每 次旋转1°），然后再重复平移扫描过程， 直至在整个180°圆周上扫描一遍。当把全 部投影数据送入计算机后，就可以通过图 像重建算法来重构关于探测平面的二维图 像，图像的灰度值与组织的衰减系数相对 应。这就是CT的基本工作原理。
showing cyst (confirmed) 囊肿
Hounsfield and EMI CT
4分钟可生成图像。
CT scanner 结构图
4.1 概述
一、CT的用途
医学诊断 辅助治疗 工业CT
二、CT的优点 三、CT的局限
显示真正的断层图像 图像清晰、密度分辨率高 操作简单、安全 有些病变不适宜 成分、生物、化学结构 造价高
的数学方法 ▪ 1961年，天文学家Oledendorf做了一个称为“旋
转－平移”的试验，实现了最早的图像重建 ▪ 1963年，美国教授cormark进一步发展了从X线
投影重建图像的准确数学方法（79年诺贝尔奖） ▪ 1967～1970年，hounsfield提出了断层的方法
（79年诺贝尔奖）
成像技术中的计算机断层扫描技术
成像技术中的计算机断层扫描技术计算机断层扫描技术，简称CT技术，是一种成像技术，已经被广泛应用于医学、工业和科学研究等领域。
CT技术是由电脑计算机将X射线影像转化为三维模型的一种方法。
它对于影像的准确性和清晰度有极高的要求，因此在医疗设备制造、医学诊断和科学研究中都占据着重要的地位。
CT技术的工作原理是通过X射线扫描来探测物体内部的信息。
X射线是一种能够穿透物质并被物质吸收的电磁波。
当X射线穿过某一物体时，被吸收的程度取决于物体内部不同组织的密度及吸收能力的不同。
扫描过程中，X射线生成器会以极快的速度对被检测物体进行扫描，然后通过探测器将被吸收的X射线信号转化成数字信号，传输给计算机。
计算机通过处理这些信号，就可以生成清晰的三维图像。
CT技术在医疗领域中应用广泛。
它可以对人体内部进行非侵入性检查，诊断出各种疾病，如肿瘤、结石、血管病变、器官畸形等。
同时，由于CT技术对辕裼细节的分辨率要求很高，它也被广泛应用于牙科和骨科。
例如牙科领域中，CT技术可以精确地显示牙齿根部的情况，判断牙龈炎症程度等。
CT技术还可以用于工业和科学研究中。
在工业领域中，CT技术可以对生产过程中的零部件进行检查，并且可以对零部件的缺陷和损耗情况进行有效的诊断。
在科学研究领域中，CT技术可以对不同的材料进行研究，例如金属材料、陶瓷材料、纤维材料、生物材料等，以及对天文物体进行研究，例如行星、星云、星系等。
尽管CT技术在医疗、工业和科学研究领域中应用广泛，但是它也存在一些限制。
因为CT扫描使用的是X射线，而X射线对人体有一定的辐射危害，因此需要对辐射量进行控制和监测。
另外，CT扫描的成像质量受到物体密度、扫描速度、探测器的灵敏度等因素的影响，因此需要进行精细的调整和优化。
同时，由于CT扫描的成本比较高，因此需要在应用中进行合理的价值评估。
综上所述，计算机断层扫描技术是一种广泛应用于医疗、工业和科学研究中的成像技术。
它可以对物质的内部结构进行无损检测，对疾病的诊断和治疗起到了重要的作用。
第四章 X射线计算机断层成像术
常用的闪烁晶体有碘化钠(NaI)、碘化铂 (CsI)、锗酸铋(BGO)等。BGO具有残光 少，转换效率高，易加工不易潮解，不 易老化，性能稳定等优点，因而被很多 种CT机所采用。
2、 A/D转换器，从探测器所获得的信号是 一个模拟信号，经缓冲处理后送至对 数——双坡积分板，进行积分放大，然 后经A／D转换器转变为数字信号后才能 被计算机识别处理，因此，A/D转换器在 DAS系统中起着重要作用，常用的A/D转 换器有两种，逐次逼近式和双积分式。
二、检查床
检查床，它可由扫描机架和操作台上相 应按钮作上下升降和进退等动作。
–检查床在扫描过程中要求有很高的精度，绝 对误差不允许超过0. 5mm。特别是对1mm的 薄层扫描。 –检查床的进退还应有准确的重复性，如扫描 过程中有时要对兴趣区反复扫描，每次扫描， 检查床必须能准确地到达同一层面。
三、扫描控制系统
扫描控制系统(scan control unit，简称 SCU)设置在扫描机架内。扫描控制系统 自身的中央处理器(CPU)，连接在数据总 线和控制总线上，接受来自主计算机的 各种操作指令和向主计算机输送数据。
– I/O接口一般采用串行方式，通过接口，使 主计算机与各功能组之间进行信息分配，实 现双向通讯。
(1)扫描监控，存储扫描所输入的数据； (2)CT值的校正和输人数据的扩展，即进 行插值处理； (3)图像的重建控制及图像后处理； (4)CT自身故障诊断。
阵列处理器（array processor，简称AP） CT扫描速度快、数据量大、成像质量要 求高，并要求实时重建，普通计算机难 以完成这项工作，因此必须由专用的数 据处理设备—阵列处理器来完成。
（二）数据采集系统 数据采集系统(data acquisition system，DAS) 包括探测器、缓冲器、积分器和A／D转 换器等组成 。 1、探测器(detector)，是一种能量转换装置。 两种基本类型：
X线计算机断层摄影术课件(1)
基本参数：扫描时间
由于运动会造成图像质量下降，如呼吸和心脏动 作，对腹、中隔和肺，扫描时间尽可能短。
减少扫描时间，对图像重建，可减少运动伪影。 增加扫描时间，在剂量一定时，可得到较好空间 分辨率。有时为了降低mA率，延长X管寿命，也可 增加扫描时间。
基本参数：层厚
CT 类型
第一代CT
第二代CT
CT 类型
第三代CT
第四代CT
CT 扫描机构
电子束CT(第五代)EBT
成像时间短，适合动态心脏成像，其它器官图像与螺旋CT 相同
EBT : Electron Beam Tomography
EBT
扫描方式：EBT 采用电子束扫描方式 (传统 CT 机采用机械扫描方式)
X-CT X 线计算机断层摄影术
Computed Tomography
X 线临床应用的历史
1895年伦琴(Withelm Konrad Rontgen)发现X光 三十年代出现 X 线断层摄影 Tomography 1974年出现 CT (断层扫描) 1983年电子束 CT (第五代CT机) 1989年出现螺旋 Spiral CT (体积扫描) 1998亚秒级 CT
CT诞生
1967年，Godfrey N. Houndsfield在英国EMI 公司制造了第一始CT机，处理图像近一天时间。 扫描人脑标本，能将肿瘤组织和脑灰/白质分开。
1974年，Siretom 颅脑CT扫描机
现代CT机为350ms
CT成像基本思想
X线管发出细束X线 X线平移与转动采集数据 计算机重建图像 X线只进入成像层面 可测量组织衰减系数
采用滑环技术，CT能连续旋转 采用螺旋扫描(体积扫描) 图像重建采用图像数据内插法 通过图像重建可以获得任意方向剖面像 可进行虚拟CT扫描：虚拟肠镜、胃镜等 减小部分容积效应的伪影 单次屏住呼吸可完成整个部位扫描
计算机断层成像(ct)原理与技术
计算机断层成像(ct)原理与技术介绍如下：
计算机断层成像（CT）原理是运用物理技术，以测定X射线在人体内的衰减系数为基础，采用数学方法，经计算机处理求解出衰减系数值在人体某剖面上的二维分布矩阵，转变为图像画面上的灰度分布，从而实现重新建立断面图像的技术。
CT技术包括扫描部分、计算机系统、图像显示和存储系统。
其中，扫描部分由X线管、探测器和扫描架组成；计算机系统将扫描收集到的信息数据进行贮存运算；图像显示和存储系统将经计算机处理、重建的图像显示在电视屏上或用照相机将图像摄下。
第4章1 X射线计算机断层成像
若一维函数 推广到二维
12
2/3/2021
医学成像技术
3. 图像重建方法
图像重建运算即是图像矩阵的求解运算。
按照上面的N×N的图像矩阵，应有 N×N个独立的线性方程组。
对于N×N个独立的线性方程组，可用
联立方程法（直接矩阵法）和迭代法 （逐次近似法）求解。
目前CT中应用较多的是滤波反投影法。
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2/3/2021
医学成像技术
X线CT是以测定X射线在人体内的衰 减系数为物理基础；采用数学方法，经电 子计算机处理，求解出衰减系数值在人体 某剖面上的二维分布矩阵；再应用一定的 电子技术把此二维分布矩阵转变为图像画 面上的灰度分布，从而重建体层图像。
3 2/3/2021
医学成像技术
CT发展历史回顾：
9
CT值＝x 水 1000 水
单位：亨（HU或H）
2/3/2021
医学成像技术
• 水的CT值：0 • 空气的CT值：-1000 • 致密骨的CT值：+1000 • 凝固血的CT值：56~76 • 脑灰质的CT值：36~46 • 血的CT值：12 • 脂肪的CT值：-100
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医学成像技术
医学成像技术
1. 反投影法(总和法) 利用投影数值近似地复制出μ值的二维
分布。 将所测得的投影值按其原路径平均分配
到每一点上，各个方向上的投影值反投影 后在影像处进行叠加，使影像部位的显像 值加重。接着，经过处理或调整基本显像 灰度值，能突出投影相重叠部分，使影像 部分近似地重现原图像。
14 2/3/2021
8 2/3/2021
医学成像技术
② CT值
不同物质的衰减系数：
电脑断层摄影技术
电脑断层摄影技术电脑断层摄影是什么？X 射线断层成像〔Computed Tomography、CT〕，或称计算机断层扫描、电脑断层扫描，是一种影像诊断学的检查。
这一技术曾被称为电脑轴切面断层影像（Computed Axial Tomography）。
X 射线断层成像是一种利用数位几何处理后重建的叁维放射线医学影像。
该技术主要通过单一轴面的X 射线旋转照射人体，由于不同的组织对X 射线的吸收不同，可以用电脑的叁维技术重建出断层面影像。
经由窗宽、窗位处理，可以得到相应组织的断层影像。
将断层影像层层堆栈，即可形成立体影像。
X 射线断层成像是一种利用数位几何处理后重建的叁维放射线医学影像。
该技术主要通过单一轴面的X 射线旋转照射人体，由于不同的生物组织对X 射线的吸收力(或称阻射率Radiodensity)不同，可以用电脑的叁维技术重建出断层面影像，经由窗值、窗位处理，可以得到相对的灰阶影像，如果将影像用电脑软件堆栈，即可形成立体影像。
在放射诊断学之领域中，最早数位化的就是电脑断层，也就是说所谓的CT，电脑断层摄影是于1972 年由G. N.Hounsfield 所发展之技术，当时叫做computerized axial transversescanning，是利用一个点射源与单一侦检器，来侦测穿透病人之加马射线总量，称为投影量（projection），在取得每一个角度与位置的投影量之后，即可利用电脑进行反投影而重组影像，以得到切面影像。
电脑断层摄影是一种结合X 光与电脑科技的诊断工具，以一组X 光射源由身体不同的角度照射，并利用电脑将资料组合成身体横切面的影像，这些横切面的影像可再进一步重组成精细的3D 立体影像。
运用在头部方面，对头部及颜面骨折的位置、中风后脑部出血及血块的定位、侦测某些脑部肿瘤、血管瘤是否有破裂、肿瘤的切片或替放射治疗定位以订定治疗计划等，都能提供相当大的协助。
对于胸部、腹部的问题也是很好的诊断工具，许多部位的肿瘤，例如：。
lecture1_断层成像介绍汇总
医学成像简介要点•总体目标•线性成像系统•例，针孔照相机•辐射以及射线与物质间相互作用•连续成像和不连续成像•长度规•对比度•光子强度断层成像•核磁共振成像成像定义叙屈牧一实际物休的翼实空何描述. 分卄一采集到的图像只斥实切物体的近似。
分耐丰描述这种空何映射的林确形变一描述图惊的匹乘嘤的非线性符衬如果没仃形变•图像綁处的分辨率是一样的.條御度一描述我们把希垒成m的物体成像的好坏用度.对比度一描述图炮中能够区分物体不问部分的消晰阳度• 信曙比线性成像系统如果成像过程中引入的原函故的枳縄是空河一致的・图像对以酸描述为原函数的找性映妨.这种映射分酬年比校低，模糊很容娜帔描述为却.换敌和点扩展議数的卷积。
图像=原函数®点扩展函数十噪声噪声址•个很疋婆的考虑由于它顒制了以去除成惊测吊过程过带來的模糊为FI的的反0枳处理的仔效性.I1 1h111111i例，针孔照相机最常见的一种成像装置是针孔照相机。
物体被放大和倒转。
放大倍数二-b/a。
例，针孔照相机2注意，由于针孔是有一立宽度的，原函数同样会被a模糊的程度相半源中每一个体素乘以源放人因子(a+b)/afil针孔直径x.療隔散ft孔针孔照相机的形变2同样，物体偏离中心线，探测器上的投影面积会增大，（并且对孔张角减小）图像强度降低。
空间频率吸收成像透射断层成像在吸收成像中•测虽物体内-条直线上的吸收积分。
因此一个探测器阵列测眾到的足一个投影轮圳O投影成像中心切片定理考股发射成像系统个：维的例O（x,y）足心曲St掃述源的分布• 投妙故据圧沿投於方向的线枳分，H（T・p）町出中心切片定円对以朴作是对分离的•维傅里叶变换的结果.別订J M JQ T. F 宀如投渤的一维何処叶变换览验）・JHo•.介宀亦=JJa*」卜厂"*內=JJa”’、） " "=o（0,*r）拒衍麼J得到的投越的•维傅世叶变换等卜物体•维代堰叶变换过屮心初卄角度上的你透射断层成像吸收成像在吸收成像中•测呈物体内-条直线上的吸收积分。
计算机断层成像原理—成像参数描述
线单位射程长度上的量，则μ的单位就是：1/长度，因而叫线吸
收系数。
物质对X射线束的衰减
对上式积分可得： （4-3）
I与x的半对数关系是一条直线，如图4-5所示。
4.1.2 多能X射线的衰减 在透射CT中，几乎没有单能辐射可用，因
为只有放射性核素才有可能产生单能辐射， 然而却难于得到CT所需的强度。因此，必须 用X射线管产生X射线束，而这样产生的X射 线的能谱是连续谱，最大能量为加于X射线的 KVP值。多能X射线通过厚为X的介质薄片后 的透射强度为：
4.1.3 X射线束硬化效应
在X射线束透过介质时，由于低能X射 线被吸收量较多，所以X射线的平均能 量随透入介质的深度而增加。能量的逐 渐增加使透射X射线与介质厚度的关系的 半对数图形偏离直线，如图4-6。X射线 束的能量随深度的变化产生束硬化，在 透射CT图像中产生硬化膺象。
物质对X射线束的衰减
由于实际x射线源为有色谱的．如同在单色谱线定义方法一样。 我们分别定义有色谱射线总和p、定标测量值CP、实际测量值AP， 则有：
实测中，我们可以得到所有线源与探测器不同位置上的p值(多色 谱投射数据)的集合。但由于我们需要的是m值，所以问题就在于 p值能不能唯一地确定m值，通常情况下答案是不能。换一个思 路是，能否用已知p值来近似m值从而得到满足临床需要的CT数? 这个问题的答案看起来是肯定的，以下部分将说明具体的实现方 法。为实现图像重建(reconstruction)，我们首先作以下简化的假 设：
一般来说，有效能量约为KVP值的60%左右。对于在120～140 KVP下运转的CT扫描机，有效能量一般为70～80KeV。110KVP 时，有效能量为：66KeV。
衰减系数和CT数
4.2 衰减系数和CT数 4.2.1 CT数与线衰减系数的关系
计算机断层成像
计算机断层成像（Computed Tomography C T）：是电子计算机技术与X线检查技术相结合的产物，是一种数字断层技术。
它的发明标志着影像医学的第二次飞跃。
有关CT的历史：1963年美国物理学家A.M.Cormack在Journal of Applied Physics上发表了题为―用线积分表示一函数的方法及其在放射学上的应用‖的系列文章。
1967—1970年英国EMI工程师G.N.Hounsfield研制成功第一台头部X线CT扫描机，1971年9月被安装在伦敦的Atkinson-Morley’s医院。
1972年利用这台X线CT首次为一名妇女诊断出脑部的囊肿，并取得了世界上第一张CT照片。
1974年美国George-town大学医学中心Ledly研制第一台全身CT扫描机。
为此Hounsfield和Cormack共同获得了1979年的诺贝尔生理和医学奖。
1980年出现螺旋CT，后又出现多排CT，功能研究型CT等。
Hounsfield 和Cormack因发明CT获得1979年诺贝尔医学和生理学奖。
一、CT设备1.Ｘ线扫描与接收部分：Ｘ线球管(X-ray Tube)数据采集部分（探测器-Detector）（产生Ｘ线，接收残余Ｘ线，并将其转换为数字信号）2.计算机部分：接受穿透人体断面后Ｘ线衰减量的数字信息，计算出该断面上不同的Ｘ线吸收系数重建图像。
计算机还起到控制、协调ＣＴ机各个部分的控制作用。
计算机外设部分包括磁盘、磁带等，起到贮存ＣＴ图像的作用。
3.图像显示及存储部分：阴极射线管（CRT）（监视器）多幅照像机激光像机（湿式或干式）图像工作站报告终端光盘存储、服务器海量存储。
二CT的发展（一）普通CT有高低档之分，但基本结构相同。
不同机型扫描方式相同，探测器数目不同，扫描所需时间不同，计算机性能档次不同。
（二）螺旋扫描CT（多层螺旋CT）在旋转式CT扫描球管旋转时，通过滑环技术以及扫描床同时进行的连续平直移动，使X线扫描能无间隔连续进行，大大缩短扫描时间多层螺旋CT（超宽、多排或平板探测器）螺旋CT（Spiral or Helical CT）1989年研制成功，90年代应用于临床标志CT领域的重大革新。
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▪ 3核医学发射CT
▪ 原理：将放射性核素注入到人体后，由于 放射性核素参与人体的正常或异常功能和 代谢变化，因而可以通过放射性核素在人 体内分布和代谢反映人体内的病理或生理 变化。
▪ A、单光子发射CT（SPECT)
▪ SPECT使用的放射性核素通常为鍀-99、 碘-131、碘-123、铊-201等。这些核素发 生β-衰变，每次固定产生一个光子。
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▪ B、正电子发射CT(PET) PET使用的核素为短半衰期核素碳-11、
氧-15、氟-18、氮-13.这类核素衰变时发生 β+衰变，释放出一个正电子。 PET的优点： （1）人体累积剂量小； （2）可以显示新陈代谢的情况； （3）图像空间分辨率好，信噪比高。
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4.2几种典型CT
▪ 1 医用X-CT
▪ A、全身型
▪ 组成：X射线管、固体探测器阵列、转动扫 描机构、可调床位和纵向扫描机构、数据 采集系统，图像处理、存储和输出系统以 及整机电控系统。（为了减少扫描引起的 图像模糊和避免患者吸收不必要的剂量，X 射线管选用脉冲工作方式。）
▪ B、动态X-CT
Early laboratory prototype of CT scanner8
Hounsfield’s Apparatus
改进后需要9个小时才能完成数据采集。
Hounsfield’s Prototype with cow brain slice
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First CT image (1971) showing cyst (confirmed)3ຫໍສະໝຸດ ▪ 普通X线摄影和CT摄影图示
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CT发展简史
▪ 1895年，伦琴发现X射线 （诺贝尔奖） ▪ 1917年，奥地利数学家Radon提出图像重建理论
的数学方法 ▪ 1961年，天文学家Oledendorf做了一个称为“旋
转－平移”的试验，实现了最早的图像重建 ▪ 1963年，美国教授cormark进一步发展了从X线
Principles of Radiation Imaging
辐射成像原理
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第四章 计算机断层成像技术
X射线发现后的七八十年中辐射成像技 术有了许多进步，但始终没有解决两个根 本性的问题。
一是常规X射线摄影使人体的三维结构通 过投影后显示在一个二维的平面上，造成 器官重叠，读片困难；
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囊肿
Hounsfield and EMI CT
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4分钟可生成图像。
CT scanner 结构图
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4.1 概述
一、CT的用途
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医学诊断 辅助治疗 工业CT
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二、CT的优点 三、CT的局限
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显示真正的断层图像 图像清晰、密度分辨率高 操作简单、安全 有些病变不适宜 成分、生物、化学结构 造价高
投影重建图像的准确数学方法（79年诺贝尔奖） ▪ 1967～1970年，hounsfield提出了断层的方法
（79年诺贝尔奖）
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▪ 1972年 CT正式应用于临床 ▪ 1974年 全身CT应用于临床 ▪ 1978年 国内开始引进CT ▪ 1983年 电子束CT（EBCT）研制成功 ▪ 1989年 螺旋CT应用于临床 ▪ 1993年 双排CT研制成功 ▪ 1998年 多层螺旋CT应用于临床 ▪ 2000年 采集8层的螺旋CT问世 ▪ 2002年 采集16层的螺旋CT问世 ▪ 2004年 采集64层的螺旋CT问世
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工业CT装置和医用CT装置的区别
X射线能量 X射线强度 放射性同位素 高能直线加速器
扫描和结构方式
医用CT装置 150KV以下
150mA左右 不采用 不采用 病人静止 X光机和探测器 运动
工业CT装置
常用电压420KV 2mA左右 60Co源 10MeV以上 检测对象运动 X光机和探测器保 持静止
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2Mev加速器工业CT系统
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清华同方威视技术股份有限公司
大型集装箱检查系统
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威视大型集装箱检查系统发展历程
8 0 年代末：
我国某边境口岸。海关人员正焦急地将货物往花了整整一上午才抽 检完的一只集装箱里塞。身后，数以千计的卡车排开长龙，司机焦 躁地按着喇叭；
1 9 9 1 年，法国戴高乐国际机场
其它医用CT---PET,发射式
正电子湮灭断层扫描(PET)
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目前医用商用CT的生产厂家
▪ 国外： GE、TOSHIBA、Siemens 、 PHILIPS 垄断国际85%市场
爱迪生
国内：沈阳东软
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Hounsfield and his prototype
需要9天时间才能完成数据采集。
Central Research Laboratories, EMI (Electric and Mu11s:5ic3:a51l Industries )London
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▪ 2工业CT ▪ 工业CT与X-CT的不同之处主要在于： ▪ （1）吸收剂量限不同 ▪ （2）成像时间要求不同 ▪ （3）谱的硬化和检测标定不同
▪ 用途：缺陷检测、尺寸测量、装配结构分 析、反馈工程
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工业CT
工件 旋转
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工业CT
420Kev X射线工业CT集成检测系统
世界上第一台集装箱检测系统投入使用，集装箱内小如香烟盒的物 体在高能X 射线的透视扫描下都清晰可辨。清华大学四位教授致信 校领导，建议注意这一新动向，迅速开展独立研制工作。
1 9 9 8 年1 月7 日
由清华同方股份有限公司承担的集装箱检测系统产品化工作通过 了国家组织的专家审定。专家委员会认为，该系统已达到可投产 制造的程度，清华同方具备在海关建造系统工程项目的能力。
二是无论是荧光屏还是X射线胶片，其固 有的分辨率都比较差。总的来说，投影X射 线成像系统对软组织的分辨能力是比较差 的。
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X射线计算机断层成像（X－ray computed tomography，简称X－CT）从 根本上克服了上述困难，是80多年来X射线 诊断学上的一次重大突破。
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